高炉矿渣基质人工湿地除磷特性研究.pdf

第25卷第1期气象与环境学报Vol.25No.1
2009年2月JOURNALOFMETEOROLOGYANDENVIRONMENTFebruary2009

高炉矿渣基质人工湿地除磷特性研究

李晓东1,2师晓春1,2晁雷1,2杨明珍1,2

(1.辽宁省环境科学研究院,辽宁沈阳110031;2.辽宁省流域污染控制重点实验室,辽宁沈阳110031)

摘要:以冶金废物高炉矿渣作为人工湿地基质,研究了其对生活污水中磷的去除效果。等温吸附/解吸实验结果表明:
高炉矿渣的磷素理论饱和吸附量为3333mg·kg-1,是沙子(270mg·kg-1)的12倍;高炉矿渣基质的磷吸附解吸率为0.
68%,也远小于沙子的7.59%。复合垂直流湿地各基质层对磷的吸附量实验结果表明,表层基质层磷含量远高于其他层,各
基质层磷含量沿水流方向和基质深度呈逐渐降低的趋势;表层添加高炉矿渣的湿地单元,表层基质对磷的吸附效果远高于对
照。结果表明,高炉矿渣基质具有较强的磷吸附能力,作为人工湿地基质是可行的,建议根据表层基质磷吸附饱和情况,随着
植物的收割适当更换表层基质,延缓湿地的除磷年限。
关键词:高炉矿渣;人工湿地;基质;除磷
中图分类号:X705文献标识码:A文章编号:1673-503X(2009)01-0045-04
VW。IVCW长、宽、高分别为800mm×400mm×
1引言2
800mm,下行流基质厚度为600mm,上行流基质厚
磷素能刺激藻类和光合水生生物生长,并最终
度为500mm。其中VW1,下行流池上层10cm为粒
诱发水体富营养化,污水除磷对于控制水体富营养径2—3mm的高炉矿渣,中间35cm为粒径1—
化具有非常重要的意义。人工湿地是一种高效低2mm的沙子,下层15cm为粒径5—10mm的砾石;
耗,具有广泛应用前景的污水处理系统。大量研上行流池上层10cm为粒径2—3mm的高炉矿渣,
[1-8]
究表明,湿地除磷主要依靠基质的吸附作用,尤中间25cm为粒径1—2mm的沙子,下层15cm为
其是富含3+、3+和2+的湿地基质通过吸附和
AlFeCa粒径5—10mm的砾石。对照单元VW2,除整个湿
沉淀反应,能对磷素有很好的去除效果。但是湿地地表层基质用粒径1—2mm的沙子代替高炉矿渣,
基质容易饱和磷去除率会随着湿地运行时间逐渐
,其他层基质与VW1相同。人工湿地植物选用美人
[4]
降低等不足,一直以来没有得到很好解决,限制了蕉花卉植物,于2007年3月12日开始运行,运行方
人工湿地技术的推广应用。许多学者致力于开发高式为间歇运行,每日工作10h,时间控制器和流量计
[3,5-7]
效的除磷基质,研究发现钢渣的最大磷吸附量控制进水。基质的矿物含量和部分理化性质见表1
-1
可达50490mg·kg,是沙子的150倍之多,是目和表2。
前对磷吸附效果最好的基质之一;但同时也发现钢表1基质的主要矿物含量(以氧化物计)%
渣遇水显强碱性不适合湿地植物生长因而很少在
,,矿物成分SiO2Al2O3MgOFe2O3CaOP2O5其他
人工湿地工程中使用。高炉矿渣是一种类似于钢渣高炉矿渣32.9816.678.520.7035.990.0205.120
的冶金废物,是一种多孔质硅酸盐材料。本研究以沙子92.373.140.120.640.160.0013.569
高炉矿渣作为人工湿地基质,探求其对生活污水中
表基质的部分理化性质
磷的净化效果。2
性质比表面积/(m2·g-1)pH
实验设计流程
2高炉矿渣3.247.54
211湿地结构沙子1.986.82
本研究采用复合垂直流湿地(IntegratedVertical
212进水水质
FlowConstructedWetland,简称IVCW),高炉矿渣取实验用水为某生活小区生活污水经厌氧预处理
自沈阳周边某钢厂,沙子购于沈阳建材市场。实验后的出水。人工湿地进水水质参数见表3。
共有2个结构相同的单元组成,一个表层填充高炉213高炉矿渣磷素吸附等温线实验
矿渣基质记为VW1,另一个填充沙子作为对照,记为称取105℃下干燥的高炉矿渣10g,作3个平

收稿日期:2008-08-20;修订日期:2008-12-17。
基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项河流主题(2008ZX07208-005)资助。
作者简介:李晓东,男,1978年生,博士,主要从事污染环境的修复技术研究,E2mail:[e-mail]。
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行,置于容积为250mL的三角瓶中,分别加入由近,但是其解吸率远低于沙子,仅为0.68%。与沙
-1
表3人工湿地进水水质mg·L子作比较,高炉矿渣基质对磷吸附量大且稳定,当湿

测试指标pHCODCrBOD5SSTP氨氮地进